Transmisores de presión con membranas de acero inoxidable dorado para la medición de la presión de gases especiales como el hidrógeno.

Muchos expertos consideran que el hidrógeno es el sustituto ideal del carbón, el petróleo y el gas natural en la industria y el transporte, ya que prácticamente no deja gases de escape al quemarse. Este versátil elemento ya se utiliza con éxito en diversas industrias.
Con el hidrógeno, la transición energética se basa en un nuevo pilar, además de las energías renovables y la eficiencia energética. El hidrógeno producido a partir de energías renovables es un vector energético sostenible, flexible y fácilmente transportable. Además de los actuales programas de apoyo del gobierno alemán, se están invirtiendo siete mil millones de euros para establecer el hidrógeno en el mercado. Se han destinado otros 2.000 millones de euros a asociaciones internacionales. La atención se centra en el llamado hidrógeno “verde”, que se produce exclusivamente a partir de energías renovables. Sólo con el hidrógeno verde se pueden reducir las emisiones de CO2 mediante el uso de fuentes de energía bajas en carbono. En Europa se producen actualmente 9,8 millones de toneladas de hidrógeno al año utilizando principalmente combustibles fósiles. Por ello, la Comisión Europea ha fijado el objetivo de aumentar la producción de hidrógeno verde hasta un millón de toneladas anuales en 2024 y hasta diez millones en 2030.

El proceso de producción de hidrógeno

El hidrógeno existe en la naturaleza en forma combinada y no es fácil de producir. Para ser utilizado como gas, la combinación de hidrógeno y oxígeno debe dividirse. Pero este proceso de electrólisis, que separa químicamente el hidrógeno y el oxígeno, requiere mucha energía. Si se utiliza electricidad procedente de centrales solares o eólicas, se denomina hidrógeno verde. Si procede de combustibles fósiles, se llama hidrógeno gris.
La industria ya utiliza el hidrógeno a gran escala. En este caso, sin embargo, no se utiliza como portador de energía, sino principalmente en la química industrial y la petroquímica en los procesos de producción estoquiológicos. El hidrógeno utilizado en estas aplicaciones es principalmente hidrógeno gris, que se produce mediante procesos de electrólisis o, en su mayoría, como subproducto, por ejemplo, en las refinerías.

Sensores de presión para el hidrógeno: ¿qué hay que tomar en cuenta?
Independientemente de cómo se produzca y utilice el hidrógeno, la manipulación de este elemento es muy exigente en cuanto a soluciones técnicas. Sobre todo, trabajar con el hidrógeno en estado gaseoso es un reto. El hidrógeno es el elemento de menor densidad y menor radio atómico. Esto crea un problema fundamental en el manejo de este gas: su altísima tasa de permeabilidad. Los materiales metálicos son permeables al hidrógeno, lo que tiene un efecto negativo, por ejemplo, en el uso de transductores de presión. Estos transductores constan de una carcasa llena de aceite y un diafragma de acero de unos pocos micrómetros de grosor. Si el hidrógeno se difunde a través de este diafragma y se acumula en el transductor, éste se dañará o incluso se destruirá a largo plazo. En el peor de los casos, el hidrógeno puede incluso penetrar en todo el transductor, creando un grave peligro de explosión.
“Incluso duplicando el grosor de la membrana se consigue, en el mejor de los casos, duplicar el tiempo de difusión”, afirma nuestro experto, fundador de STS Sensor Technik AG.
“Sin embargo, en contacto con el hidrógeno, el recubrimiento de oro de las membranas de acero inoxidable de nuestros transmisores de presión nos permite aumentar el tiempo hasta que se alcanza un volumen crítico de hidrógeno en el transductor por un factor de 10 a 100. Con este método, aumentamos considerablemente la seguridad y la vida útil del sensor”. La razón de este efecto es la permeabilidad 10.000 veces menor del oro en comparación con el acero inoxidable.

Revestimiento de oro de la membrana: la pequeña diferencia
STS desarrolla, fabrica y vende soluciones para aplicaciones específicas en el campo de la tecnología de medición de la presión, desde la fabricación hasta la calibración de los sensores y la inspección final del producto acabado. Estas aplicaciones van desde la construcción de maquinaria hasta las aplicaciones marinas, pasando por las aplicaciones de gas, las aplicaciones médicas/farmacéuticas y las aplicaciones de hidrógeno. Estos últimos presentan un desafío particular. Los átomos de hidrógeno son extremadamente pequeños y, debido a esta propiedad, también pueden penetrar en los materiales sólidos. Este proceso se llama permeabilidad. Con el tiempo, los transmisores de presión se vuelven inoperantes debido a este proceso. STS utiliza diafragmas de acero inoxidable chapados en oro para las aplicaciones de hidrógeno, lo que optimiza considerablemente su vida útil.

¿Cómo funciona?

La permeabilidad del oro es unas 10.000 veces menor que la del acero inoxidable. Con un recubrimiento de oro de 1μm de un diafragma de acero de 50 μm, se puede reducir la permeación de hidrógeno de forma más eficaz que duplicando el grosor del diafragma de acero a 100 μm. En el primer caso, el tiempo necesario para alcanzar un volumen crítico de gas hidrógeno acumulado en el interior del sensor de presión puede incrementarse en un factor de 10 a 100, en el segundo caso sólo en un factor de dos. El requisito para ello es un sistema completamente cerrado y un chapado en oro impecable.
El transmisor de presión piezoresistivo ATM.1ST es ideal para estas aplicaciones de medición de presión estática y dinámica.
Sus rangos de medición van de 0 … 50mbar a 0 … 1000 bar, las precisiones hasta el 0,05%FS, la histéresis y la repetibilidad son mejores que el 0,01%.
Gracias a su diseño modular, el transmisor de presión ATM.1ST puede adaptarse individualmente a muchas aplicaciones.